基于龙伯格观测器的前馈控制策略的研究

针对PWM整流器采用前馈控制策略加装负载电流传感器所产生的问题,提出了一种无电流传感器的前馈控制策略,即采用基于龙伯格状态观测器的方法取代电流传感器对负载电流进行测量,避免了安装电流传感器所带来的增加线路电感、安装位置困难等问题,尤其当母线挂接多个逆变器负载需要多个传感器时,采用该方法可大大降低成本,提高系统的可靠性。最后,仿真和实验结果证实了基于龙贝格观测器前馈控制策略的正确性。     

带负载电流前馈的VIENNA整流器PR控制

针对三相VIENNA整流器传统PI控制器存在输入交流静差和抗负载扰动动态性能差的问题,提出一种适用于VIENNA整流器的负载电流前馈比例谐振(PR)控制策略。利用PR控制器有效消除输入电压电流相位差,实现无静差跟踪。并在电流闭环外嵌入负载电流前馈补偿环节,将负载扰动信息通过前馈环节直接作用于电流给定,提高抗负载扰动动态调节时间,增强系统抗扰性。并将所提方法与传统PI控制策略进行性能对比测试,实验结果表明所用方法可以有效提高负载扰动下的动态性能和改善输入功率因数。     

适用于PET的负载电流前馈控制策略

电力电子变压器（power electronic transformer, PET）由级联H桥（cascaded H-bridge,CHB）和双有源桥（dual active bridge,DAB）变换器级联组成,当发生负载突变时,PET的高、低压直流母线电压存在较大波动,无法迅速达到平衡。为了解决此问题,提出一种适用于级联系统的负载电流前馈控制策略。该策略由DAB级和CHB级的负载电流前馈2部分组成。前者是通过低压侧负载电流计算得到DAB级的补偿移相角,后者则考虑级联系统的输入输出功率守恒,将负载电流直接前馈到CHB级。同时,考虑到CHB级电流内环的延迟,CHB整流级采用一阶微分与功率均衡相结合的电流前馈控制策略。所提控制策略只需要采样低压直流母线负载电流,极大程度地节约了系统成本,且操作简单,易于实现。仿真和Starsim实验验证了所提控制方法的正确性和有效性。     

基于电压与功率前馈的电能路由器储能端口优化控制策略

针对采用双向Buck/Boost拓扑作为电能路由器储能端口时存在的储能端口并网启动电流冲击和离网母线电压波动的问题,提出了一种储能端口电压前馈与负载功率前馈相结合的电能路由器储能端口并离网优化控制策略。该方法通过前馈储能侧电压抑制储能端口的并网启动冲击电流,消除离网下储能侧电压波动对母线电压的影响,同时利用基于以太网控制自动化技术(EtherCAT)的电能路由器快速控制通信单元前馈负载功率,抑制离网下负载突变产生的母线电压扰动,节省电流采样成本。理论分析与实验结果验证了所提优化控制策略的有效性。     

背靠背变流系统中优化前馈控制策略的研究

在背靠背变流系统中,直流母线电压受负载和电网等因素的影响而上下波动,这极大影响了系统的安全可靠运行。为了抑制直流母线电压的波动,提高系统动态响应能力,文中采用小信号模型的分析方法,分析了传统前馈控制策略提高母线电压动态响应的原理以及优缺点,提出了一种优化的前馈控制策略,不仅抑制了由负载和电网变化引起的母线电压波动,使系统的动态响应能力得到了提高,而且应用状态观测器取代电流传感器对负载电流进行测量,降低了成本并解决了电流传感器给系统带来的各种问题,提高了系统的稳定性。最后,仿真结果和基于4kVA实验平台的试验结果都证明了该控制策略的有效性。     

基于扰动观测器的电压源型逆变器负载电流前馈控制及参数设计方法

为解决采用传统电压电流双环控制的电压源型逆变器在负载投切时输出电压波动的问题,提出一种基于扰动观测器的负载电流前馈控制方法。将负载电流视为系统扰动,经扰动观测器观测后前馈至电压外环补偿器的输出端,从而抑制负载电流对输出电压的影响。在不需要增设额外电流传感器、信号传输与处理电路的情况下实现对负载电流的快速跟踪,进而提升系统的动态性能以及减小逆变器输出电压的稳态误差。基于控制系统快速响应能力和稳定性的要求,给出具备普适性和可移植性的控制参数设计方法。分析表明,与传统双环控制相比,该文提出的负载电流前馈控制方法对参数摄动的灵敏度更低,系统的鲁棒性更强。仿真和实验验证了所提控制策略及参数设计方法的可行性和有效性。     

新能源船舶并网逆变器电网支撑协调控制

新能源船舶近年来发展迅速,并网逆变器是其关键设备。逆变器能够单独运行,也能与船舶柴油发电机组协调工作,支撑船舶电压与频率。本文提出柴油发电机组离网、并网及切换过程等不同模式下并网逆变器的控制策略,以解决船舶电站中电网电压与频率容易受负载突变影响的问题。离网时逆变器采用电网电压及输出电流双闭环控制,并把负载电流全前馈;并网时采用功率控制,并通过滤波器技术提取负载电流的动态分量前馈至补偿电流;两种模式切换时采用状态锁定方法避免参数突变造成的不稳定。该控制策略充分利用了船舶电站中容易获得的负载电流参数,有效地提高了船舶电网运行的可靠性。     

含负载前馈补偿的电流型PWM整流器改进无差拍控制

针对三相电流源型PWM整流器直流侧电压-直流侧电流双闭环控制策略中动态响应速度较慢、参数整定复杂的问题,该文提出一种无差拍预测电流控制与负载功率前馈补偿相结合的改进控制策略。首先,分析三相电流源型PWM整流器在两相静止坐标系中的网侧离散化数学模型,在此基础上,电流内环采用无差拍控制跟踪网侧电流,但由于电感参数与控制延时的影响,将导致网侧电流控制精度及波形质量下降。针对此问题,该文采用改进型无差拍控制策略,并利用根轨迹法对电流内环稳定性能进行分析。在环路设计中,通过在外环上加入负载功率前馈等效电流,加快了系统动态响应,解决了负载突变时直流侧电压超调问题。最后,对传统方案和改进方案进行了对比仿真测试和样机实验,验证了所提控制策略的正确性。     

基于单周期控制的快速响应PFC变换器研究

提出了一种基于负载电流前馈与单周期控制技术相结合的快速负载动态响应功率因数校正(PFC)变换器控制策略。负载电流信号与传统输出电压反馈信号相乘并作为单周期控制载波信号,保证了PFC变换器具有快速的负载瞬态响应。此外,论文设计了两种自适应输出电流纹波补偿方法,有效抵消了负载电流前馈引入的输出二次纹波,减少了稳态下输入电流畸变。最后,基于单相Boost PFC电路,通过仿真与实验验证了所提控制方法的优越性。     

适用于PET的负载电流前馈控制策略

电力电子变压器（power electronic transformer, PET）由级联H桥（cascaded H-bridge,CHB）和双有源桥（dual active bridge,DAB）变换器级联组成,当发生负载突变时,PET的高、低压直流母线电压存在较大波动,无法迅速达到平衡。为了解决此问题,提出一种适用于级联系统的负载电流前馈控制策略。该策略由DAB级和CHB级的负载电流前馈2部分组成。前者是通过低压侧负载电流计算得到DAB级的补偿移相角,后者则考虑级联系统的输入输出功率守恒,将负载电流直接前馈到CHB级。同时,考虑到CHB级电流内环的延迟,CHB整流级采用一阶微分与功率均衡相结合的电流前馈控制策略。所提控制策略只需要采样低压直流母线负载电流,极大程度地节约了系统成本,且操作简单,易于实现。仿真和Starsim实验验证了所提控制方法的正确性和有效性。     

基于低开关损耗新型滞环PWM整流器研究

针对三相高功率因数整流器的控制要求和实际工程条件,进行了基于低开关损耗的三相PWM整流器研究,系统采用了负载电流前馈的电流滞环控制策略.该系统不仅改进了传统滞环控制策略带来的高开关频率的问题,更引入了负载电流前馈控制,使得系统对于外环的PI参数有着较传统滞环PWM整流器更低的依赖性,在三相电网不平衡的条件下也表现更好的运行特性.仿真波形和实验数据都验证了该控制方法的有效性以及对PI调节参数的低依赖性.     

DSP控制的低开关损耗PWM整流器系统研究

采用负载电流前馈的电流滞环控制策略,不仅满足了三相PWM整流器高功率因数、直流侧电压稳定可调的控制要求,而且在每个周期内分区限制功率器件的开关通断,因而降低了系统的开关损耗.该系统改进了传统滞环控制策略带来的高开关频率问题,并通过引入负载电流前馈控制,使得系统对于外环的PI参数有着较传统滞环PWM整流器更低的依赖性,在三相电网小平衡的条件下也表现出更好的运行特性.仿真波形和实验数据验证了该控制方法的有效性以及对PI调节参数的低依赖性.     

基于前馈控制的有源电力滤波器研制

提出了一种有源电力滤波器的前馈控制策略。基于开关平均模型设计了前馈控制器和电流控制器,并利用功率模型对电压控制器进行了设计。由于电网电压在系统启动时会产生很大冲击电流,通过引入前馈控制有效地降低了作为扰动的电网电压和直流电压对被控电流的影响,提高了系统的动态性能,同时利用直流电压控制环直接获取电流参考信号对电网电流进行控制,简化了控制算法。所提方法无需检测负载电流和逆变器输出电流,且无需锁相环电路,降低了成本。利用模拟器件实现控制电路并进行了实验研究,实验结果证明了所提方法的可行性。     

基于龙伯格观测器的变频一体机谐波电流抑制控制

针对无速度传感器高品质矢量控制在变频一体机中的应用,在龙伯格观测器基础上,设计改进的反馈增益矩阵,保证转子磁链观测和转速估算收敛速度的同时,又兼具低频区电机转速观测的稳定性。针对大负载工况中间母线电压波动引起的电机端电流谐振问题,设计自适应谐振控制器,通过电机端电流中谐波幅值实时调整谐振调节器补偿量,实现了电机端电流中特定频率谐波的无静差控制及良好的动态性能。仿真和电机对拖实验验证了该控制策略的有效性。     

变速恒频风机双PWM变换器协调控制策略研究

为解决变速恒频风机运行中转子侧功率变化频繁,直流母线电压波动剧烈的问题,对双PWM变换器控制策略进行了研究。结合双馈电机的特点,得出了母线负载电流的计算方法,并分析了负载电流前馈策略的不足。提出了一种基于动态功率前馈的新型协调控制策略,特点在于选择控制电压节点作为前馈补偿点,避免了电流环的迟延,并且将双馈电机动态信息整合进入网侧变换器的控制当中。最后建立双PWM励磁的风电机组模型进行仿真验证,结果表明新策略极大改善了直流母线动态特性,因此降低了对变换器中电解电容容量的要求,提高了机组的可靠性。     

Load current observer based feed-forward DC bus voltage control for active rectifiers

In this paper, load current observer based feedforward control of DC bus voltage for a three-phase active rectifier is presented. The paper focuses on: (1) design of conventional proportional-integral (PI) current controller with fastest possible response, (2) the digital current control loop time-delay compensation, (3) design of dc-link-load current observer for identifying the dc load current without using actual current sensors and (4) the feedforward control of dc bus voltage based on the designed current controller and dc link load current observer. A prototype is developed based on the proposed control scheme and expected results have been achieved.     

异步电动机无速度传感器矢量控制研究

为了实现异步电动机矢量系统的无速度传感器控制,本文给出了自适应全阶磁链观测器的无速度传感器控制策略,利用李雅普诺夫稳定性定理证明了观测器的稳定性,并推导出了转速自适应率。搭建了基于自适应全阶磁链观测器的异步电动机矢量控制系统的仿真模型和实验平台,实现了异步电动机的控制。实验结果表明该控制系统在较宽的范围内具有良好的动、静态性能。     

用于风电并网的VSC-HVDC网侧换流器改进控制策略

在风电经基于电压源换流器的柔性直流输电(voltage source converter based high voltage direct current,VSCHVDC)系统并网的系统中,保证直流电压稳定是风电并网系统中稳定能量传输的关键。由于系统两侧换流器输入和输出的有功功率不平衡,VSC-HVDC系统直流输电线会出现过电压或欠电压现象,影响风电并网系统的稳态运行。为了抑制直流电压波动,提高系统的动态响应速度,提出一种负载电流前馈控制策略。在网侧换流器直流电压外环控制环节中,通过引入负载电流前馈控制策略,来抵消直流电压发生波动的部分,使输出直流电压在负载突变时的波动减弱。通过对直流电压外环动态性能的分析,得出电压外环控制器参数整定公式以及前馈控制传递函数。根据直流侧电容设计要求,分析电压外环控制器对直流侧电容参数选取的影响。最后,利用MATLAB/Simulink软件进行了仿真验证,研究结果表明,该控制策略能改善系统的动态响应性能,减小直流电压波动,实现有功功率的稳定输出。